一、溫度計(jì)的早期研究
經(jīng)過(guò)對(duì)熱現(xiàn)象長(zhǎng)達(dá)幾千年的利用和觀察，人類(lèi)開(kāi)始對(duì)其作理性的研究。熱學(xué)是從對(duì)熱現(xiàn)象的定量研究開(kāi)始的，定量研究的第一個(gè)標(biāo)志是測(cè)量物體的溫度。
近代科學(xué)史幾乎一致認(rèn)定伽利略1593年發(fā)明了溫度計(jì)(圖1)。一根像麥秸粗細(xì)的長(zhǎng)玻璃管，其一端帶有一個(gè)雞蛋大小的玻璃泡，用手掌握住玻璃泡使它受熱，排除管中的部分氣體，然后將管的一端插入水中，待玻璃泡冷卻后，水進(jìn)入玻璃管中。由于空氣的熱脹冷縮，將使玻璃管中的水位發(fā)生變化，從而指示溫度高低。1603年伽利略還利用它做了實(shí)驗(yàn)講演。法國(guó)數(shù)學(xué)家勒雷雄1624年發(fā)表的《數(shù)學(xué)游戲》一書(shū)中首先使用了“thermometre(溫度計(jì))”一詞，此后為各國(guó)所使用。
法國(guó)物理學(xué)家讓·雷伊在1632年把伽利略溫度計(jì)的玻璃泡倒過(guò)來(lái)，將水注入到玻璃泡以上，而空氣在管中，這樣水就成了測(cè)溫度物質(zhì)。大約在1641年，根據(jù)意大利托斯卡納大公爵費(fèi)迪南二世(FerdinundⅡ)的建議，制成了密封的酒精玻璃溫度計(jì)，并把刻度附在玻璃管上。當(dāng)時(shí)佛羅倫薩西門(mén)圖學(xué)院為溫度計(jì)選擇了兩個(gè)固定點(diǎn):最冷時(shí)期冰凍的冰或雪的溫度和奶?；蚵沟捏w溫。人們稱(chēng)此為“佛羅倫薩溫度計(jì)”，名聲逐漸傳開(kāi)。英國(guó)化學(xué)家波義耳把它介紹到英國(guó)，它們又經(jīng)波蘭傳到法國(guó)。1657年，大公爵把溫度計(jì)和其他儀器贈(zèng)給波蘭王后的使節(jié)，他的大臣把溫度計(jì)送給巴黎天文學(xué)家，還告訴人家“大公的口袋里總是帶著一支溫度計(jì)。”
荷蘭科學(xué)家惠更斯早在1665年提出用冰和沸水作溫度固定點(diǎn)。玻義耳在1665年發(fā)表的《熱力學(xué)原理》論文中，已確信一切物體的熔點(diǎn)為常數(shù)。在1693年發(fā)表的論文中伽勒斷定水的沸點(diǎn)溫度不變的規(guī)律。1659年布利奧第一次用水銀作溫度計(jì)的測(cè)溫介質(zhì)。
阿蒙頓卻另辟蹊徑。他改進(jìn)了伽利略的溫度計(jì)，并注意到氣體的壓差可以作為溫度的量度。1702年和1703年，《巴黎學(xué)報(bào)》中記載了阿蒙頓的溫度計(jì)。溫度計(jì)由U型管及短臂端連接的一恒定體積的玻璃泡組成。溫度的讀數(shù)由U型管中水銀柱的高差表示。選擇水沸點(diǎn)作為惟一的固定點(diǎn)。更重要的是他分析道:“看來(lái)，這個(gè)溫度計(jì)的極冷點(diǎn)是處于空氣彈力下的空氣成為完全不受負(fù)荷的狀態(tài)。這時(shí)，冷的程度比很冷的那個(gè)溫度要冷得多。”這個(gè)溫度就是絕對(duì)零度。這一時(shí)期，人們只是在探索，企圖尋求科學(xué)方法測(cè)量溫度，許多重要的測(cè)溫方法確實(shí)提出來(lái)了，為以后的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。
二、經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)的建立
經(jīng)過(guò)大量的實(shí)踐，人們總結(jié)出為了準(zhǔn)確地測(cè)量溫度，必須具備三個(gè)條件:合適的測(cè)溫物質(zhì)；穩(wěn)定的固定點(diǎn)；合理的分度方法。因此測(cè)溫技術(shù)得以深入發(fā)展。
第一個(gè)脫穎而出的是德國(guó)科學(xué)家華倫海特。他曾做過(guò)一系列觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，每種液體都像水一樣有一個(gè)固定的沸點(diǎn)，后來(lái)他也注意到沸點(diǎn)隨大氣壓而變化。同時(shí)他發(fā)明了提純水銀的方法，因此，他于1724年用純凈的水銀制作了精密水銀溫度計(jì)。更重要的是，他用結(jié)冰的鹽水混合物和人體血液的溫度作固定點(diǎn)，其間隔分為96°，同年他使用了第三個(gè)固定點(diǎn)，冰水混合物(無(wú)鹽)為32°。在另一篇論文中，他談到水沸點(diǎn)為212°，后來(lái)并沒(méi)有證據(jù)表明他利用了水沸點(diǎn)作固定點(diǎn)。這套測(cè)溫體系就是著名的華氏溫標(biāo)。我國(guó)著名的物理學(xué)家王竹溪說(shuō):華倫海特改良了水銀溫度計(jì)并定了華氏溫標(biāo)以后，熱學(xué)才走上實(shí)驗(yàn)科學(xué)的道路。
法國(guó)的動(dòng)物學(xué)家列奧默對(duì)華倫海特的工作并不知曉，又覺(jué)得阿蒙頓的溫度計(jì)不能令人滿意。他認(rèn)為水銀的膨脹系數(shù)小，而反對(duì)使用水銀制作溫度計(jì)。他致力于制造一個(gè)既方便又準(zhǔn)確的酒精溫度計(jì)。為此，他觀測(cè)了幾種液體混合物后，發(fā)現(xiàn)酒精(和1/5水混合)在水的結(jié)冰溫度和沸騰溫度間，1000單位的體積膨脹到1080單位，因此把這兩個(gè)溫度間隔分為80°?？墒撬臏囟扔?jì)并不準(zhǔn)確。所以日內(nèi)瓦的德呂斯恢復(fù)使用水銀，立刻顯示出它的優(yōu)越性。一位物理學(xué)家稱(chēng)贊道:“自然界給我們這個(gè)礦物，肯定是為了做溫度計(jì)”。這樣建立起的溫標(biāo)為列氏溫標(biāo)。
瑞典的天文學(xué)家攝爾修斯在1742年以水沸點(diǎn)為0°，冰點(diǎn)為100°，建立起一個(gè)溫標(biāo)。這樣一來(lái)，溫度越高，數(shù)值越低，使用起來(lái)極為不便。8年后，他的同事施勒默爾將攝爾修斯的標(biāo)準(zhǔn)顛倒過(guò)來(lái)，成為百分度溫標(biāo)，也稱(chēng)這個(gè)溫標(biāo)為攝氏溫標(biāo)。18世紀(jì)時(shí)，實(shí)際使用的溫標(biāo)數(shù)量大大增加，有人在1740年統(tǒng)計(jì)當(dāng)時(shí)有13種溫標(biāo)，1779年又有人統(tǒng)計(jì)為19種。現(xiàn)在仍在使用的溫標(biāo)只有前面提到的三種:華氏溫標(biāo)，英、美等國(guó)家流行；列氏溫標(biāo)，德國(guó)還在使用；而攝氏溫標(biāo)在法國(guó)和中國(guó)仍在使用。這些溫標(biāo)的測(cè)溫物質(zhì)、固定點(diǎn)和分度方法，都是任意選定的，一般稱(chēng)為經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)。
三、熱量和溫度
18世紀(jì)中葉，測(cè)溫技術(shù)的發(fā)展給熱學(xué)研究帶來(lái)了重大的影響。當(dāng)時(shí)，對(duì)于溫度計(jì)測(cè)量的物理量是什么卻含糊不清，通常認(rèn)為測(cè)量的是熱量。這在18世紀(jì)的一些著作中可以找到證明。如常有“失去多少度熱”或說(shuō)某物體是“具有多少度熱”的字樣。顯然，隨研究的深入，這種“含糊”必然要被揭開(kāi)。
問(wèn)題由彼得堡科學(xué)院院士李赫曼的一篇論文引發(fā)。1744年，他向?qū)W會(huì)作了題為《論有一定溫度的液體混合時(shí)所得到的熱量》的報(bào)告，他認(rèn)為熱量按體積(也有人認(rèn)為按質(zhì)量)均勻分配，體積和溫度的乘積作為熱量的定義，并引入了量熱方程。
美國(guó)化學(xué)家布拉克為了檢驗(yàn)李赫曼的觀點(diǎn)，1756年把32°F的冰和172°F同樣重量的水混合，發(fā)現(xiàn)混合后的溫度不是按李赫曼量熱公式計(jì)算的102°F，而仍為32°F。因此布拉克斷定:冰的融解，需要一些溫度計(jì)不能察覺(jué)的熱量。后來(lái)他又發(fā)現(xiàn)，水沸騰時(shí)也需要熱量而溫度不變。布拉克進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)許多物質(zhì)的物態(tài)發(fā)生變化時(shí)，都有這種現(xiàn)象。因此布拉克提出了“潛熱”的概念。
以后布拉克又作了許多這類(lèi)實(shí)驗(yàn)，其試驗(yàn)報(bào)告在他死后的1803年才發(fā)表。文章包括潛熱和比熱兩個(gè)部分。他寫(xiě)道:“150°的水銀和100°的熱水混合后，溫度成為120°，而不是125°。這樣，水的溫度升了20°而水銀降低了30°，而水得到的熱量卻等于水銀失去的熱量。”這是歷史上首次將“熱量”和“溫度”兩個(gè)概念清晰地區(qū)分開(kāi)來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)了熱學(xué)的一大進(jìn)步。然而這已經(jīng)是19世紀(jì)了。人們長(zhǎng)期對(duì)熱和溫度沒(méi)有清楚的認(rèn)識(shí)，這是因?yàn)闊釋W(xué)的機(jī)理是非常復(fù)雜的，沒(méi)有相當(dāng)深刻的認(rèn)識(shí)就不能正確地理解它們。繼而布拉克的學(xué)生伊爾文又引入了“熱容量”這一概念。而伽托林1784年引入了“比熱”的概念?；瘜W(xué)家拉瓦錫和拉普拉斯合作，于1787年測(cè)定了物質(zhì)的比熱。傅里葉對(duì)熱在固體中的傳播作了研究，1822年發(fā)表了《熱的分析理論》，這是一部數(shù)學(xué)物理學(xué)歷史上劃時(shí)代的著作。
四、氣體定律和理想氣體溫標(biāo)
18世紀(jì)建立起的各種溫標(biāo)，它們的測(cè)溫物質(zhì)、制造儀器的材料、固定點(diǎn)的選擇和分度方法各不相同，因而不免造成溫度量值的混亂。而且它們定義的溫度范圍很窄不能滿足需要，因此需要一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)由氣體溫度計(jì)承擔(dān)起來(lái)。
阿蒙頓的氣體溫度計(jì)雖然當(dāng)時(shí)沒(méi)有被采用，但它的優(yōu)點(diǎn)是人所共知的，而且阿蒙頓的研究為后來(lái)氣體性質(zhì)的研究開(kāi)辟了道路，使氣體測(cè)溫的理論根據(jù)更為堅(jiān)實(shí)。1662年，波義耳發(fā)現(xiàn)了一定量氣體系統(tǒng)當(dāng)溫度保持不變時(shí)，其壓力與體積成反比的定律。1785年查理又發(fā)現(xiàn)一定質(zhì)量的氣體，當(dāng)它的體積不變時(shí)，它的壓力和溫度成正比。蓋·呂薩克進(jìn)一步研究，于1802年在他的論文中斷言:“一般地說(shuō)，有的氣體在同樣條件下，在相同的熱時(shí)，以完全相同的比例膨脹。”這個(gè)定律亦稱(chēng)蓋·呂薩克定律。
勒尼奧在進(jìn)行仔細(xì)測(cè)量的工作中表現(xiàn)出驚人的毅力和技巧，在許多方面的測(cè)量數(shù)據(jù)都是第一流的。他證明了所有氣體不具有相同的膨脹系數(shù)，除氫氣外，它們都隨初始?jí)毫Φ脑黾佣黾?，也就是除氫以外的所有氣體，壓力和體積的乘積隨壓力的增加而增加，而按照波義耳定律這個(gè)乘積應(yīng)為常數(shù)。但是如果把壓力外推到壓力很小的范圍時(shí)，各種氣體的膨脹系數(shù)都是相同的，也就是滿足波義耳定律和蓋·呂薩克定律。通常定義滿足波義耳定律和蓋·呂薩克定律的氣體為理想氣體。這樣當(dāng)壓力外推到低壓力極限時(shí)，所有的氣體都趨向于理想氣體，那么用理想氣體作為溫度計(jì)將具有普遍的意義。由這樣的理想氣體建立的溫標(biāo)就是理想氣體溫標(biāo)。它的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見(jiàn)的，它不再有測(cè)溫物質(zhì)不同而造成的困惑，它的測(cè)溫范圍大大擴(kuò)大，氣體溫標(biāo)給出了絕對(duì)零的概念。
五、熱力學(xué)第二定律和熱力學(xué)溫標(biāo)
19世紀(jì)蒸汽機(jī)在生產(chǎn)上起著越來(lái)越大的作用，但熱變?yōu)闄C(jī)械運(yùn)動(dòng)的理論研究一直未形成，工程師們主要靠經(jīng)驗(yàn)摸索改進(jìn)機(jī)器。而第一個(gè)說(shuō)明熱機(jī)運(yùn)行過(guò)程，建立熱力學(xué)原理的是法國(guó)工程師卡諾。他于1824年發(fā)表了他惟一的一本著作《關(guān)于火的動(dòng)力的考察》，書(shū)中提出了理想熱機(jī)的理論，奠定了熱力學(xué)理論基礎(chǔ)。他證明了理想熱機(jī)的熱效率將是所有熱機(jī)中熱效應(yīng)最高的，這就是著名的卡諾定理。他還導(dǎo)出了定理的推論:理想熱機(jī)的熱功關(guān)系與高、低溫?zé)嵩吹臏囟戎畛烧?，而與循環(huán)過(guò)程中的工作物質(zhì)和溫度變化無(wú)關(guān)。
1830年卡諾在筆記本中寫(xiě)道:“熱不是別的東西，而是動(dòng)力……準(zhǔn)確地說(shuō)它既不能產(chǎn)生，也不能消滅……”他還在手稿中計(jì)算了熱功當(dāng)量。然而1832年，他突然染上霍亂而英年早逝，他的遺物，包括他的筆記本和文稿按當(dāng)時(shí)的要求全燒毀。直到1878年他弟弟發(fā)現(xiàn)了余下的手稿和筆記，并予以發(fā)表。但是，他的功業(yè)并未引起人們的注意，只是法國(guó)另一位工程師克拉帕隆在此基礎(chǔ)上的努力，才使學(xué)術(shù)界關(guān)注到熱力學(xué)這一重大發(fā)展。
英國(guó)的物理學(xué)家威廉·湯姆森，從小是個(gè)神童，11歲上大學(xué)，22歲當(dāng)了教授，后來(lái)被冊(cè)封為開(kāi)爾文勛爵。他在24歲時(shí)，把目光盯住了在他出生那一年發(fā)表的卡諾定理。他認(rèn)為卡諾已經(jīng)表明熱機(jī)的熱功關(guān)系只取決于熱量和溫度差，但溫度差沒(méi)有一個(gè)絕對(duì)的量度。所以開(kāi)爾文根據(jù)查理定律，即溫度每降低一度氣體體積就縮小1/273認(rèn)識(shí)到，在零下273攝氏度時(shí)的氣體動(dòng)能為0，因而是真正的零溫度，因此發(fā)表了論文《建立在熱之動(dòng)力的卡諾學(xué)說(shuō)基礎(chǔ)上和由此觀測(cè)結(jié)果計(jì)算出來(lái)的一種絕對(duì)溫標(biāo)》，從而以理想熱機(jī)的熱功關(guān)系為基礎(chǔ)，以零下273攝氏度為絕對(duì)零度的絕對(duì)溫標(biāo)誕生了。這就是后來(lái)被人們公認(rèn)的熱力學(xué)溫標(biāo)。
1849年開(kāi)爾文又發(fā)表了《關(guān)于卡諾學(xué)說(shuō)的說(shuō)明》，指出了卡諾的不足。1851年，他在論文《論熱的動(dòng)力學(xué)理論》中，系統(tǒng)地闡述了經(jīng)改進(jìn)的熱力學(xué)理論，第一次提出熱力學(xué)第二定律的概念:即從單一熱源取熱量并使之變?yōu)橛杏霉Χ划a(chǎn)生其他影響是不可能的。與此同時(shí)，德國(guó)物理學(xué)家克勞修斯1850年發(fā)表《論熱的動(dòng)力與由此可以得出的熱學(xué)理論的普遍規(guī)律》，對(duì)理想熱機(jī)的理論進(jìn)行了新的修正和發(fā)展。他引入了另一種形式的熱力學(xué)第二定律的表述:熱量不可能自動(dòng)地從較冷的物體轉(zhuǎn)移到較熱的物體，為實(shí)現(xiàn)這個(gè)過(guò)程必須消耗功。
現(xiàn)在卡諾定理已被第二定律所證明，并給予它新的生命。因此開(kāi)爾文建立的絕對(duì)溫標(biāo)是不折不扣地以第二定律為依據(jù)的溫標(biāo)，是與測(cè)溫物質(zhì)無(wú)任何關(guān)系的溫標(biāo)，是個(gè)無(wú)界定范圍的溫標(biāo)，因此是科學(xué)的溫標(biāo)。從此之后，任何溫度測(cè)量都以這個(gè)溫標(biāo)為依據(jù)。
六、溫度的理論概念
1.溫度的熱力學(xué)概念
定義溫度的重要依據(jù)是熱平衡原理:當(dāng)兩個(gè)系統(tǒng)分別與另一個(gè)系統(tǒng)都處于熱平衡時(shí)，那么這兩個(gè)系統(tǒng)也必定互為熱平衡。一切互為熱平衡的物體有相同的溫度，所以溫度是決定一系統(tǒng)是否與其他系統(tǒng)處于熱平衡的性質(zhì)。1909年，希臘數(shù)學(xué)家卡拉西奧道里利用熱平衡原理在數(shù)學(xué)上證明:任何熱平衡系統(tǒng)都分別與一個(gè)系統(tǒng)處于熱平衡，那么這些系統(tǒng)都有一個(gè)在數(shù)值上相等的狀態(tài)參量，這個(gè)參量就是溫度。這進(jìn)一步說(shuō)明溫度是系統(tǒng)間是否處于熱平衡的標(biāo)志，它的特征在于，一切互為平衡的系統(tǒng)都具有相同的溫度值。
熱平衡原理不僅給出了溫度的定義，還使我們能夠比較兩個(gè)物體的溫度而無(wú)需讓他們互相接觸，那就是用另一個(gè)物體分別與他們接觸就行了，這個(gè)另外的物體可以當(dāng)作溫度計(jì)。直到1939年物理學(xué)家福勒在他的《統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)》中，將熱平衡原理歸結(jié)為熱力學(xué)的一個(gè)定律。由于第一、第二和第三定律已經(jīng)確定，而這三個(gè)定律在確定中自然都應(yīng)用了這個(gè)原理，所以將其稱(chēng)為熱力學(xué)第零定律。
2.溫度的分子運(yùn)動(dòng)學(xué)概念
物質(zhì)的原子學(xué)說(shuō)來(lái)源于古希臘哲學(xué)家，稍晚一些的留基伯及德謨克里特認(rèn)為物質(zhì)是由極小的硬粒子組成。到1658年，伽狄森提出物質(zhì)是由分子構(gòu)成的假說(shuō)。1678年胡克提出了同樣的主張，并認(rèn)識(shí)到氣體的壓力是分子與容器壁碰撞的結(jié)果。1738年伯努利發(fā)展了這一學(xué)說(shuō)，導(dǎo)出了波義耳定律。1744年～1748年羅蒙諾索夫發(fā)展了伯努利的理論，明確提出熱是分子運(yùn)動(dòng)的表現(xiàn)。在此后的一個(gè)世紀(jì)中，分子運(yùn)動(dòng)論得到飛速發(fā)展。赫拉帕司、瓦特斯頓、焦耳、克倫尼希都作了很多工作。而貢獻(xiàn)最大的三人是克勞修斯、麥克斯韋和玻耳茲曼。
熱力學(xué)第二定律的主要闡述者克勞修斯1857年發(fā)表《論我們稱(chēng)之為熱的那種運(yùn)動(dòng)》，創(chuàng)造性地引入了統(tǒng)計(jì)概念來(lái)處理分子問(wèn)題，把宏觀的熱現(xiàn)象與大量微觀粒子運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)效應(yīng)聯(lián)系起來(lái)，第一個(gè)正確地證明了波義耳定律。1858年，他的又一篇論文《關(guān)于氣體分子的平均自由程》引入了分子的平均自由程概念，將分子運(yùn)動(dòng)論提高到定量研究的水平。
19世紀(jì)偉大的物理學(xué)家、電磁理論的集成者麥克斯韋繼續(xù)將概率統(tǒng)計(jì)法引入分子運(yùn)動(dòng)論中，1859年發(fā)表了《氣體運(yùn)動(dòng)論的闡明》，第一次提出分子的速度各不相同，用平均動(dòng)能作為溫度的標(biāo)志。
奧地利物理學(xué)家玻耳茲曼在最初的速度分布率中引入了引力論，并給出熵的概念。特別是他首先給出氣體分子運(yùn)動(dòng)論的有意義的結(jié)果是給熱力學(xué)定律以微觀的解釋。1870年克勞修斯發(fā)表了維里定律，系統(tǒng)的維里計(jì)算得到一個(gè)狀態(tài)方程，假如每個(gè)分子的平均動(dòng)能正比于熱力學(xué)溫度的話，這個(gè)狀態(tài)方程就與氣體的經(jīng)驗(yàn)狀態(tài)方程等同。因此建立起溫度分子運(yùn)動(dòng)學(xué)的概念:系統(tǒng)的絕對(duì)溫度正比于系統(tǒng)中每個(gè)分子的平均動(dòng)能。分子運(yùn)動(dòng)學(xué)的溫度概念非常形象地給人們展示:溫度表示物質(zhì)分子運(yùn)動(dòng)的激烈程度，溫度越高，運(yùn)動(dòng)越激烈。這種氣體溫度的統(tǒng)計(jì)意義，以后又?jǐn)U展到固體和液體，并進(jìn)一步把微觀粒子的熱運(yùn)動(dòng)與宏觀參量溫度聯(lián)系了起來(lái)。
七、國(guó)際溫標(biāo)
19世紀(jì)中葉，隨著技術(shù)的日益復(fù)雜化，世界商貿(mào)的迅速發(fā)展，從而認(rèn)識(shí)到計(jì)量和測(cè)量單位有必要達(dá)成某種國(guó)際協(xié)議。1875年國(guó)際“米制公約”應(yīng)運(yùn)而生。國(guó)際計(jì)量局(BIPM)初建時(shí)，由于所制的鉑銥合金米原器需要配備兩支由國(guó)際計(jì)量局分度的玻璃水銀溫度計(jì)，為此而要建立一個(gè)統(tǒng)一的溫標(biāo)，來(lái)分度這些溫度計(jì)。查培斯研制了一臺(tái)氫氣體溫度計(jì)建立氫溫標(biāo)，1887年國(guó)際計(jì)量委員會(huì)(CIPM)采納此溫標(biāo)作為國(guó)際計(jì)量學(xué)實(shí)用溫標(biāo)。它基于兩固定點(diǎn)——冰點(diǎn)和汽點(diǎn)。這并不是真正意義的溫標(biāo)，只是為了米原器的需要而決定的。
這時(shí)許多國(guó)家建立的氣體溫度計(jì)產(chǎn)生的溫度值互相間符合得并不好，所以1899年卡蘭達(dá)爾建議建立一個(gè)統(tǒng)一的實(shí)用溫標(biāo)。他選用了內(nèi)插儀器和固定點(diǎn)，但英國(guó)科學(xué)促進(jìn)會(huì)未采納此建議。1911年，柏林的技術(shù)物理研究所給國(guó)際計(jì)量局、英國(guó)國(guó)家物理所和美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)局發(fā)一封公函，建議采納熱力學(xué)溫標(biāo)為國(guó)際溫標(biāo)，可按1899年卡蘭達(dá)爾的建議復(fù)現(xiàn)熱力學(xué)溫標(biāo)。1913年第五屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)對(duì)此建議予以鼓勵(lì)，但由于第一次世界大戰(zhàn)而使此事擱淺。
1.國(guó)際溫標(biāo)的建立
1923年后，各方面幾經(jīng)討論，終于準(zhǔn)備了一份正式建議給1927年第七屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)，該屆大會(huì)通過(guò)了這個(gè)溫標(biāo)，稱(chēng)1927年國(guó)際溫標(biāo)，這是人類(lèi)歷史上第一個(gè)國(guó)際溫標(biāo)。
國(guó)際溫標(biāo)制定的原則是:1.盡可能緊密靠近熱力學(xué)溫標(biāo)；2.溫標(biāo)提供溫度的方法比熱力學(xué)溫度測(cè)量要方便，更精密，具有更高的重復(fù)性。但隨著計(jì)量技術(shù)的發(fā)展發(fā)現(xiàn)，國(guó)際溫標(biāo)需不斷改進(jìn)以更好地實(shí)現(xiàn)這個(gè)原則。所以每隔約20年都要制定一個(gè)新的溫標(biāo)代替舊的溫標(biāo)。改進(jìn)的依據(jù)是根據(jù)熱力學(xué)溫度測(cè)量的結(jié)果。
2.熱力學(xué)溫度的單位
1854年開(kāi)爾文曾建議，以絕對(duì)零與單一固定點(diǎn)之間的間隔來(lái)定義熱力學(xué)溫度的單位，1948年這個(gè)建議又提出來(lái)，并最終被采納了。所選的單一固定點(diǎn)是水三相點(diǎn)，因?yàn)樗娜帱c(diǎn)復(fù)現(xiàn)性更高。水的三相點(diǎn)準(zhǔn)確地定為冰點(diǎn)以上0.01K，但是分岐在于絕對(duì)零度是否應(yīng)定為-273.15℃。此問(wèn)題最終于1954年解決，溫度單位開(kāi)爾文(K)的新定義于1960年被第十一屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)采納，即水的三相點(diǎn)熱狀態(tài)的1/273.16為一開(kāi)爾文，冰點(diǎn)溫度為273.15K。可是問(wèn)題出現(xiàn)了，當(dāng)初測(cè)定絕對(duì)零度為-273.15℃的氣體溫度計(jì)參照了兩個(gè)固定點(diǎn):冰點(diǎn)0℃和汽點(diǎn)100℃?，F(xiàn)在根據(jù)新的定義，以水的三相點(diǎn)作惟一標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)，反過(guò)來(lái)測(cè)量汽點(diǎn)應(yīng)仍是100℃?？墒鞘屡c愿違，1968年以后的氣體溫度計(jì)和輻射測(cè)溫獲得的更好的數(shù)據(jù)表明，汽點(diǎn)為99.975℃。這說(shuō)明以前所測(cè)的絕對(duì)零點(diǎn)為-273.15℃是錯(cuò)誤的，正確值應(yīng)為-273.22℃，這個(gè)錯(cuò)誤不能更改，只能造成歷史的遺憾。此后，水沸點(diǎn)溫度為99.975℃。
熱力學(xué)溫度單位的確定有重大意義。此前，測(cè)量溫度只是確定被測(cè)的熱狀態(tài)在溫標(biāo)上的位置；而現(xiàn)在測(cè)量溫度是確定被測(cè)的熱態(tài)有多少個(gè)開(kāi)爾文，從而實(shí)現(xiàn)了國(guó)際單位制對(duì)物理量的要求。量值=數(shù)字×單位，這表明溫度這個(gè)物理量已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、現(xiàn)代化了。